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1、专题1 6化学反应原理综合题囹题昌【母题来源】2 0 2 2年全国甲卷【母题题文】金属钛(T i)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(T iOj转化为T iC l 再进一步还原得到钛。回答下列问题：(l)T iC 2转化为T iC l4有直接氯化法和碳氯化法。在1 0 0 0 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:(i)直接氯化：T iO2(s)+2 C l2(g)=T iC l4(g)+O2(g)A H,=1 7 2 kJ -mol-1,Kp,=1.0 x 1 O-2(ii)碳氯化：T iO2(s)+2 C l2(g)+2 C(s)=T iC l4(g
2、)+2 C O(g)A H2=-5 1 kJ mol,Kp2=1.2 xlOl2Pa反应 2 C(s)+O,(g)=2 C O(g)的 A H 为 kJ -mol ,K=Pa 碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是。对于碳氯化反应：增大压强，平衡 移动(填“向左”向右”或 不 温度升高，平 衡 转 化 率(填“变大”“变小”或“不变”)。在1.0 xl()5 pa,将T iO2、C、C l,以物质的量比1 ：2.2：2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。0.7.6.5432JO.O.QSO.O.0.0.-T-i.0 200 400 600 800
3、 1000 1200 1400 1600温度/反应 C(s)+C C)2(g)=2 C O(g)的平衡常数 K p(1 4 0 0)=P a。图中显示，在2 0 0 平衡时T iO?几乎完全转化为T iC l4,但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是。T。碳氯化是一个“气一固一固”反应，有利于T iO?-C “固固，接 触 的 措 施 是。【答案】(1)-2 2 3 1.2 X 1 01 4 碳氯化反应气体分子数增加，AH小于0,是爆增、放热过程，端判据与焙判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且 是 吸 热 过 程 向 左 变 小(2)7.2 x1 (T 为了提高反应速率，
4、在相同时间内得到更多的T iC L产品，提高效益(3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入C 3使固体粉末“沸腾”【试题解析】根据盖斯定律，将“反应ii-反 应i”得到反应2 c(s)+O 2(g)=2 C O(g),则K 9 1 o x 1 f),2P aA H=-5 1 k J/m o l-1 7 2 k J/m o l=-2 2 3 k J/m o l；则 K p=-=1.2 x l Ol 4P a；Kp l 1.0 x 1 0-2碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，小于0,是燃增、放热过程，嫡判据与熔判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；对应
5、碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动,即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。(2)从图中可知，1 4 0 0 ,体系中气体平衡组成比例C O 2是0.0 5,T i C L是0.3 5,CO是0.6,反应C(s)+C O 2(g)=2 C O(g)的平衡常数 K p(1 4 0 0)=P a=7.2 x l O5P a；0.0 5 P也 0.0 5 x 1.0 x 1 05实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于2 0 0 ,就是为了提高反应速率，在相同
6、时间内得到更多的T i C L产品。(3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于T i C h-C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合,同时鼓入C 1 2,使固体粉末沸腾”，增大接触面积。【母题来源】2 0 2 2年全国乙卷【母题题文】油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：(1)已知下列反应的热化学方程式：2 H2S(g)+3 O2(g)=2 S O,(g)+2 H2O(g)A H,=-1 0 3 6 k J -m o l 4 H2S(g)+2 S O2(g)=3 S,(g)+4 H2O(g)A H2=9 4 k J .m o
7、l1 2 H 2(g)+C)2(g)=2 H 2 O(g)A H,=-4 8 4 k J -m o F1计算 H2S 热分解反应2 H 2 s(g)=S 2(g)+2 H?(g)的 A H4=kJ m o l L(2)较普遍采用的H2s处理方法是克劳斯工艺。即利用反应和生成单质硫。另一种方法是：利用反应高温热分解H?S。相比克劳斯工艺，高 温 热 分 解 方 法 的 优 点 是,缺点是。在1 4 7 0 K、1 0 0 k P a反应条件下，将n(H M：n(A r)=l:4的混合气进行H2s热分解反应。平衡时混合气中H 2s与H 2的分压相等，H2s平 衡 转 化 率 为,平衡常数K p=k
8、P a。(4)在 137 3 K、100kP a 反应条件下，对于n(H?S):n(A r)分别为4:1、1:1、1:4、1:9、1 ：19 的 H zS-A r 混合气,热分解反应过程中H2s转化率随时间的变化如下图所示。n(H zS):n(A r)越小，H?S平衡转化率,理由是。n(H 2S):n(A r)=l:9对 应 图 中 曲 线,计算其在0-0.1 s之间，H 2s分压的平均变化率为_ _ _ _ _ _ _ _kP a -s-1 o【答案】(1)17 0(2)副产物氢气可作燃料耗能高(3)50%4.7 6 越 高 n(H 2S):n(A r)越小，H 2 s的分压越小，平衡向正反
9、应方向进行，H 2s平衡转化率越高 d 24.9【试题解析】(1)已知：2H 2s(g)+3O 2(g)=2S O2(g)+2H2O(g)Hi=-036 kJ/m o l 4H2S(g)+2S O2(g)=3S2(g)+4 H2O(g)H2=9 4 kJ/m o l2H 2(g)+O 2(g)=2H 2O(g)A%=-4 8 4 kJ/m o l根据盖斯定律(+)xg 即得到 2H 2s(g)=S 2(g)+2H 2(g)的&=(-1036+9 4)kJ/m o lx1+4 8 4 kJ/m o l=17 0 kJ/m o l；(2)根据盖斯定律(+)xg 可得 2H2S(g)+O 2(g)=
10、S2(g)+2H2O(g)A/=(-1036+9 4)kJ/m o lx1=-314 kJ/m o l,因此，克劳斯工艺的总反应是放热反应；根据硫化氢分解的化学方程式可知，高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此，高温热分解方法的优点是：可以获得氢气作燃料；但由于高温分解H 2 s会消耗大量能量，所以其缺点是耗能高；(3)假设在该条件下，硫化氢和氢的起始投料的物质的量分别为I m o l和4 m o l,根据三段式可知：2H?S(g)U S式g)+2 H式g)始/mol 100变/molX0.5xX平/mol1-X0.5xX平衡时H 2s和H 2的分压相等，则二者的物质的量相等，即l
11、-x=x,解得x=0.5,所以H 2 s的平衡转化率为 竽x 100%=5 0%,所以平衡常数K p=、，/口、x 1 OOkPa x(-x 1 OOkPa)2p(S?)xp(H 2)5.25 5.25P2(H2S)0 5,(5 25X1 0 0a)4.7 6 kP a；(4)由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H 2S):n(A r)越小，H 2 s的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H 2 s平衡转化率越高；n(H 2S):n(A r)越小，H 2s平衡转化率越高，所以n(H 2S):n(A r)=1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(A r)=1:9反应进
12、行到0.1s时H 2 s转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氟的起始投料的物质的量分别为I m o l和9 m o l,则根据三段式可知此时H 2 s的压强为2 H 2 s(g)干 之 S式g)+2H 2(g)始/mol100变 1 mol0.240.120.24平/加川0.7 60.120.24-：-xl(X)Z:P a =7.51 kP a,H 2 s的起始压强为lO kP a,所以H 2 s分压的平均0.7 6 +0.12+0.24 +9变化率为WkPa-1.5kPa0.15=24.9 kP a-s-Io圜题雨圈【命题意图】该类试题往往以某个信息为主，围绕某种元素的化合物展开，结合
13、图表信息，综合考查化学原理的知识,一般会同时涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等知识点，信息量大，难度大；充分考查学生的接受信息能力、知识迁移运用能力、解决实际问题的能力及计算能力。【命题方向】化学反应原理综合题涉及的内容主要包括化学反应过程中的焙变、化学能与电能的相互转化、电极反应式的书写、化学反应速率的定性分析与定量计算、化学平衡移动原理在生产中的应用、化学平衡常数的计算、反应条件的控制、弱酸弱碱的转化、pH计算、离子浓度大小的比较、离子的共存、难溶物之间的转化等问题。试题常以选择、填空、读图、作图、计算等形式出现。高考一般以与生产、生活联系紧
14、密的物质为背景材料出组合题，各小题之间有一定独立性。预计2 0 2 3年高考仍然将结合某个特定的工业生产过程，综合考查反应热、热化学方程式、化学反应速率和化学平衡；考查从图像中获取有效信息，解答与化学反应速率和化学平衡有关的.问题，如反应速率、反应转化率、产率，提高转化率的措施等；考查从图表或图像中获取信息，计算转化率、平衡常数等。【得分要点】1.虽然题目在背景材料上呈现新（或陌生）内容，但内在要求或者核心知识考查不变。如运用化学反应原理、化 学平衡和水解理论、物质制备和分离的知识等观点分析实际生产中的各种问题，我们千万不能被新包装所 迷 惑、所吓倒，注意联系生产实际中的各类反应原理，融会贯通
15、，就能解决所有问题.2.要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求，如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。3.尽管化学反应原理综合题设问较多，考查内容较多，但 都 是 考试大纲要求的内容，不会出现偏、怪、难 的 问 题，因此要充满信心，分析时要冷静，不能急于求成。要总结思维的技巧和方法，答题时注意规范细 致。再者是该类题的问题设计一般没有递进性，故答题时可跳跃式解答，千万不能放弃。化学平衡图象解答原则（1）解题思路厩前一明确图像要描述的含义或者考查方程式的叵 四 r特点，了解题目要求解决的问题。国国 一明确横纵坐标的含义;总 分
16、 析 曲 线 变 化 趋 势 及 其 原 因,联 想 相 关 知萼T识解答问题：回图一根据要求选出或写出正确答案。（2）解题步骤.一看面（纵、横坐标的意义）二看线（线的走向和变化趋势）看图像I-三看点（起点、拐点、终点）四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线）.五看量的变化（如浓度变化、温度变化）联想平衡移动原理，分析条件对反应速率、化学平衡移动的影响利用原理.结合图像，分析图像中所代表反应速率变化或化学平衡的线.作出判断以可逆反应aA（g）+%B（g）KC(g)为例:（1）“定一议二 原则在化学平衡图象中，包 括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的
17、关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图：C%1c%V-（或P 2）J T*）0 Mr）P l（或 TI）/P2（或%）o T（或 p）这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。（2）“先拐先平，数值大”原则在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高（如图A）或表示的压强较大（如图B）o图 A表示乃 八，正反应是放热反应。图 B表示p i c。1.（2 0 2 2.河南郑州三模）丙烯（C 3 H 6）是石油化工行业重要的有机原料之一，主要用于生产聚丙烯、二
18、氯丙烷、异丙醇等产品。回答下列问题：丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C 3 H 8（g）=C 3 H 6（g）+H?（g）AH=kJ-mol c0 反应过程 0 反应过程（2）将一定浓度的C O 2 与固定浓度的C 3 H 8 通过含催化剂的恒容反应器发生脱氢反应。经相同时间，流出的C 3 H 6、CO和 H 2 浓度随初始C O 2 浓度的变化关系如下图所示。C（H 2）和 C（C 3 H 6）变 化 差 异 的 原 因 为（用化学方程式表示）。(3)已知A rrh e n i u s经验公式为R l n k=R l n A-下 怎 为活化能，k为速率常数，R、A为常数)。丙烷脱氢制备丙烯反应在某
19、条件下的A r r h e n i u s 经验公式的实验数据如图中曲线a 所示，其活化能为 当其实验数据发生变化如图中b线所示，则 可 能 的 原 因 是。T,oEr5u2(4)工业上用丙烯加成法制备1,2-二氯丙烷(CH2 c l e HC1 CH3),副产物为3-氯丙烯(CH2=CHCH2 C1),反应原理为：CH2=CHCH3(g)+Cb(g)T CH2 c l e HCl CH3(g)CH2=CHCH3(g)+C1 2(g)-CH2=CHCH2 c l(g)+HCl(g)一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2=CHCH3 和 C1 2 发生反应，容器内气体的压强随时间的变
20、化如下表所示。时间/m i n 06 01 2 01 802 403 0 0 3 6 0压强/k P a80 7 4.2 6 9.2 6 5.2 6 1.6 5 85 8该温度下，若平衡时H C 1 的体积分数为1 0%。此时CH2=CHCH3 的转 化 率 为。反应的压力平衡常数K p=kPa (保留小数点后2位)。(5)一定条件下，CH3 c H=CH2 与 HC1 发生反应有、两种可能，反应进程中的能量变化如图所示。保持其他条件不变，若要提高产物中CH3 c H2 c H2 0(g)的比例，可 采 用 的 措 施 是。A.适当提高反应温度B.改变催化剂C.适当降低反应温度 D.改变反应物
21、浓度2.(2 0 2 2.河北衡水中学一模)近年来，改善环境是科学研究的重要课题，对于实现碳循环及废气资源的再利用经济技术的发展都具有重要意义。I.利用cc2与CH4制备合成气c o、a2 Q可能的反应历程如图所示:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)(当)说明：C（ads）为吸附性活性炭，E表示方框中物质的总能量（单位：kJ）,TS表示过渡态。（1）制备合成气CO、电 总 反 应 的 热 化 学 方 程 式 为。（2）若 4+尸3+七，则决定制备“合成气”反 应 速 率 的 化 学 方 程 式 为。已知E12）和1即（乩）的关系如图所示。T,T2（填，“y”或“=”）。工时，
22、p“CO）与p（CH4）的比值是。H.利用高效催化剂处理汽车尾气中的N O的反应为2NO（g）+2CO（g）Q l2（g）+2CO2（g）。（4）一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入Imol CO和Imol NO发生上述反应，部分物质的体积分数中随时间t变化如图所示。aww654321o.o.o.o.sSa/0.25)/b3().12 J曲线b表示 物质的（p-t关系，正反应速率V&）v（t j（填或=），若起始压强为p。,则该反应温度下Kp=（分压=物质的量分数X总压，用含P。的式子表示）。（5）可用如图装置将雾霾中的NO、SO,转化为（NHJ2SO.则 阴 极 的 电 极 反 应
23、式 为。3-（NH6SO,浓溶液+A_itl_SO、Y 二 二 二 二 二 N 0、萨 J（NHRSO1稀溶液3.(2 0 2 2 北京北大附中三模)实现二氧化碳选择性、稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济 理念下的一个重要成果。由 C C h 和 H2合成C H 3 0 H 的反应过程如下：I.C O 2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H i=+4 0.9 kJ mol-n.C O(g)+2 H2(g)C H3O H(g)H2=-9 0.4 kJ mol-1回答下列问题:(1)如图是一种特定条件下反应I 机理中的第一步变化，则 碳 原 子 的 杂 化 类 型 从 一 变 为 一。coH
24、0 ZC-*+e)写 出 由 C O 2 和 H 2 合 成 C H 3 0 H 的 热 化 学 方 程 式 为。(3)恒压条件下，按 n(C O 2)：n(H 2)=l：3投料时，该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出H2O)有分子筛膜 无分子筛膜根据图中数据，恒压条件下采用有分子筛膜时的最佳反应温度为一有分子筛膜时甲醇产率高的原因是(4)不同压强下，依然按n(C O 2)：n(H 2)=l：3投料,测 定 C O2的平衡转化率和C H 3 0 H 的平衡产率随温度的变化关系如图所示。图甲MS已知：C O2的平衡转化率=一3-x 1 0
25、0%n(C O 1 初 始C H 3 0 H 的平衡产率=17v xl 00%n W)初 始压强：p i p 2(域”“=”或“”)，判 断 依 据 是 纵坐标表示C C h 平衡转化率的是图一(填“甲”或 乙图乙中T i 温度时，两条曲线几乎交于一点的原 因 是 一。6.(2 0 2 2 安徽模拟预测)I .对温室气体二氧化碳的处理是化学工作者实现“碳中和”重点研究的课题，一种新的循环利用方案是用B os c h 反应C O2(g)+2 H 2 (g)脩2!C(s)+2 H2O(g)AH。(1)已知：C C h(g)和 E h C X g)的生成焰为-3 9 4 k J/m ol 和-2 4
26、 2 k J/m ol,则 A H =k J/m ol,(生成焙是一定条件下，由其对应最稳定单质生成1 m ol 化合物时的反应热)。若要此反应自发进行，(填“高温”或低温”)更有利。(2)N OX的含量是空气质量的一个重要指标，减少N O x 的排放有利于保护环境。在密闭容器中加入4 m ol N H3和 3 m oi N O2 气体，发生反应：8 N H3(g)+6 N O2(g)峰为 7 N2(g)+1 2 H2O(g)A H a 点 v 逆B.容器体积：V c：V b=8：9C.在时间t内，若要提高N O2 的转化率和反应速率，可以将H 2 O(g)液化分离D.维持压强9 8 0 k
27、P a 更长时间，N C h 的转化率大于4 0%I I .活性炭还原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理为：2 C(s)+2 N O2(g)喳 9N2(g)+2 C O2(g)A H p2B.反应速率：v 逆(反Vjs(B)C.A、B、C 的平衡常数大小：K(A)K(B)=K(C)D.若 p i时最初充入Im olCO,经过5min达到B 点的平衡状态，则 v(CH.QH)=0.175 molL】min利用CO2和 H2合成甲醇，在催化剂Cu/ZnO作用下可发生如下两个平行反应。反应I：CO2(g)+3H2(g)-C H 30H(g)+H20(g)反应 II：CO2(g)+H2(g)iC
28、O(g)+H2O(g);温度对 CO2转化率及甲醇和 CO 产率的影响如图乙所示。由图乙判断合成CH30H最适宜的温度是。由图可知，温度升高CH30H产率先升高后降低，降 低 的 可 能 原 因 是。下列措施有利于提高C02转化为CH30H的 平 衡 转 化 率 的 有。A.增大体系压强B.提高CO2和 H2的投料比C.体积和投料比不变，提高反应物浓度(3)利用CEU与 02在催化剂的作用下合成甲醇。主反应：CHg)+；02(g)iC H 30H(g),副反应：CH4(g)+202(g)-CO2(g)+2H2O(g)。在温度为T、压强为PKPa条件下，向容器中充入2moicH、ImolCh和
29、6molH2O,充分反应达平衡时C K 的转化率为5 0%,产物的选择性(如甲醇的选择性=仆uc ul e c、)如图丙所示:L U.丙求平衡时02的物质的量为主反应的相对压力平衡常数K；=o(用含P 和 po的计算式表示。K；表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压除以po)6.(2022陕西西安中学模拟预测)利用CO或 CO?和 H2反应都可以制取甲醇。已知：CO2(g)+H2(g)CO(g)+2H2O(g)AH/=+41kJ-moHCO2(g)+3H2(g)#CH3OH(g)+H2O(g)A/2=-49kJ-mor则反应CO(g)+2H2(g)=C
30、H30H(g)H=。可以在_ _ _ _ _ _进行(填序号)。A.高温自发 B.低温自发 C.高、低温均能自发 D.高、低温均不自发利用反应CO(g)+2H2(g);CH3OH(g)AH合成甲醇。C 时向固定容积的密闭容器中充入CO、H2,反应到t 时刻测得各组分的浓度如下：物质H2COCH3OH浓度/molL0.200.100.40如果该反应的平衡常数K=160,比较t 时刻正、逆反应速率的大小：v 正 _ _ _ _ _ _u以填“、”、v”或“=），c点转化率比a点低的原因是 o7.（2 0 2 2江西新余二模）五氧化二碘是一种重要的工业试剂，常温下为白色针状结晶，可用于除去空气中的一
31、氧化碳。回答下列问题：已 知:2 l 2（s）+5 O 2（g）=2 I2O5（s）A H i=-75.6 k J/m o l Il 2 O5（s）+5 C O（g）5CO2（g）+l 2（s）H2=-1 3 77.2 k J/m o l I I则表示c o燃 烧 热 的 热 化 学 方 程 式 为。（2）结合反应I和反应n分析，L在c o转化为c o?的 反 应 中 所 起 的 作 用 是。（3）1 0时，某恒容密闭容器中充有足量的1 2。5,向该容器中充入CO发生反应I I,平衡时C O 2与充入C O的物质的量关系如图1所示。若降低温度，0值_ _ _ _ _ _ _ _ _ _（填“增
32、大”减小 或 不变”，下同）：压缩容器体积，e值_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _o（4）2 0时向装有足量1205的2 L恒容密闭容器中充入2 m o i CO,反应达到平衡后固体质量减小8 g。该温度下反应的平衡常数K=（可用分数表示）。图2是CO的平衡转化率随C O 2的移出率C O,的移出率=（拱手 号 那，x 1 00%关系。则图中n （理怆生成里）a=,b=o由M 点变为N点耗时5 m i n,则该段时间内的平均反应速率v(C O)=8.(2 02 2.吉林省实验中学模拟预测)研究烟气的脱硝(除N O x)、脱硫(除S O 2)技术有着积极的环保意义。(1)一定条件下，用
33、CK催化还原可消除NO污染。已 知:I .C H 4(g)+2 N O 2(g)=N2(g)+C O 2(g)+2 H2O(g)=-8 6 5.0 k J m o l1I I.2 N O(g)+O 2(g)=2 N O 2(g)/=-1 1 2.5 k J m o r1I I I.适量的N 2 和 O 2 完全反应，每生成2.2 4 L(标准状况下)NO时，吸收8.9 k J 的热量；则 C H 4”或“=)。保持温度不变，在恒容密闭容器中按一定比例充入N H 3(g)和 N O(g)发生反应，达到平衡时，的体n(N O)n(N O)积分数(p(H 2 0)随 的 变 化 如 图 所 示，当7 而=2.0时，达到平衡(p(H 2 0)可 能 是A、B、C三点中的(填“A 、B”或 C”)。(3)利用电解装置也可进行烟气处理，如图可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH；和SO；,阳极的电极反应式为:物质A 是(填化学式)。-11-(NfUzSO,浓溶液和A t,SO洋 二二二二二 W NOnr-(NHJzSO,稀溶液